MTL安全栅技术交流.ppt

MTL北京办事处李德海 技术交流 2020年2月7日星期五 主要内容 二 防爆基本知识 四 MTL7700系列齐纳式安全栅 三 本质安全的起源及原理 一 MTL公司简介 五 MTL4000系列隔离式安全栅 六 MTL5000系列隔离式安全栅 一 MTL公司简介 公司简介 1 公司成立于1971年 总部设在英国Luton 2 全球雇员超过700人 3 在12个国家设有办事处 在53个国家设有代理机构 中国设有北京 上海 广州三个办事处 有完善的销售及技术服务网络 4 专门从事过程接口的设计 制造和市场开拓 是本安领域的领导者 本安产品在全球的市场份额多年来一直名列前茅 在中国市场份额约占60 5 主要产品 本质安全 含FF产品 隔离器 HART维护系统 防火墙产品 浪涌保护器 MOST控制系统 二 防爆基本知识 点燃源 点燃能量 电火花 热表面等 爆炸性物质 可燃性物质或粉尘等 助燃剂 空气 氧气 具有潜在爆炸危险的环境产生爆炸必须具备下列三个条件 爆炸三角形原理 火花点燃特性 爆炸下限LEL UEL爆炸上限 最小点燃能量MIE 点燃能量 体积浓度 1 0 0 1 0 01 0102030405060708090100 氢气 空气 1个大气压 丙烷 空气 1个大气压 乙烯 空气 1个大气压 可燃范围 物质爆炸下限LEL爆炸上限UEL最小点燃能量uJ点燃特性 可燃性气体 空气混合物的整个可点燃的浓度范围称为 可燃范围 丙烷2 9 5 180uJ难 乙烯2 7 34 60uJ 氢气4 76 20uJ易 可燃物质的爆炸极限 在中国和IEC国家 爆炸性物质分为三类 I类 矿井甲烷II类 爆炸性气体混合物 含蒸气 薄雾 III类 爆炸性粉尘和纤维在北美 美国及加拿大 爆炸性物质分为三类 称为Class ClassI 爆炸性气体ClassII 爆炸性粉尘ClassIII 纤维 爆炸性物质的分类 爆炸性物质的分组体系 代表性气体 物质分组体系 点燃特性 中国 IEC国家 美国及加拿大 乙炔氢气乙烯丙烷甲烷金属粉尘煤尘农业粉尘纤维 毛 棉屑 GroupIICGroupIICGroupIIBGroupIIAGroupI 煤矿 待定 ClassI GroupAClassI GroupBClassI GroupCClassI GroupD 无分组 ClassII GroupEClassII GroupFClassII GroupGClassIII 易难 爆炸性气体的温度组别 中国 IEC T1T2T3T4T5T6 450C300C200C135C100C85C 安全性更好的设备 温度组别 最高表面温度 o o o o o o 环境温度 40oC除非不同的状态在高于此环境温度下运行 会降低其温度组别 爆炸性气体的温度组别 北美 T1T2T2AT2BT2CT2DT3T3AT3BT3CT4T4AT5T6 45030028026023021520018016516013512010085 温度组别 设备应标记有温度级别或者最高表面温度 用户有责任确保电气设备的温度组别值低于引燃温度值 oC 环境温度 40oC 气体 设备相容性 氨气630甲烷595氢气560丙烷470乙烯425丁烷365 气体点燃温度 700 600 500 400 300 200 100 T1 T2 T3 T6 T4 T5 电气设备温度组别 环己烷259乙醚170二硫化碳95 中国 IEC国家 0区 Zone0 在正常情况下 爆炸性气体混合物连续地或长期地存在的场合1区 Zone1 在正常情况下 爆炸性气体混合物有可能出现的场合2区 Zone2 在正常情况下 爆炸性气体混合物不可能出现 仅仅在不正常情况下 短时间存在的场所北美 美国及加拿大 1区 Division1 在正常情况下 可能出现危险环境的场所2区 Division2 在正常情况下 不可能出现危险环境的场所 危险场所的定义 常用数据 事故状态下存在 危险性0 1 10小时 年 连续地存在 危险性大于1000小时 年 0区 气体 20区 粉尘 1区 气体 21区 粉尘 地区 IEC CENELEC 北美 美国及加拿大 中国 断续地存在 危险性10 1000小时 年 2区 气体 22区 粉尘 1区 气体 粉尘 2区 气体 粉尘 0区 气体 20区 粉尘 1区 气体 21区 粉尘 2区 气体 22区 粉尘 危险场所的区域划分 区域分类示例 隔离墙 罐通气孔 液体表面 对于固定罐顶的区域分类且有比空气重的蒸气 Zone1 Zone0 Zone2 热电偶在危险区域示例 管道或过程容器的内部 Zone0 Zone1 管道的外部 Zone2 Division2 Division1 ATEX防爆认证 1 ATEX防爆新指令是欧共体国家于2003年7月1日起强制执行的防爆新标准 ATEX认证对仪表制造厂的生产条件和生产质量评估设置了更严格的标准 ATEX分组 I组为矿井用设备 II组为除矿井以外其它爆炸性环境用设备 II组设备需标明设备使用环境种类 G 指用于气体 蒸汽或薄雾环境 D 指用于粉尘环境 I组设备分类 M1 爆炸性环境用设备在极少发生的设备故障情况下 仍具有一定的安全等级 它必须具有以下安全等级 一个故障发生时 至少应有两个相互独立的保护措施 两个独立的故障发生时 设备是安全的 ATEX防爆认证 2 M2 当爆炸性环境出现时 设备能自动断电 在正常工作条件下和极端的恶劣的环境下能保持有效的防爆方式 II组设备分类 1类 用于Zone0和Zone20 在正常工作 一个故障和二个单独的计数故障时均不能点燃爆炸性混合物的设备 2类 用于Zone1和Zone21 在正常工作 一个故障时均不能点燃爆炸性混合物的设备 3类 用于Zone2和Zone22 在正常工作时不能点燃爆炸性混合物的设备 ATEX规定设备的分组 分类 设备分组 Group I 矿井用 II 工厂用 粉尘 无符号 设备分类CategoryM1M21G2G3G1D2D3D 设备适用的危险区域 IECZone 01012202122 ATEX设备标志 电气设备的防爆型式 1 电气设备的防爆型式 2 防爆认证机构 NEPSI 中国国家级仪器仪表防爆安全监督检验站ATEX 欧洲防爆新指令 2003年7月1日起实施IEC 国际电工技术委员会CENELEC 欧洲电工技术委员会BASEEFA 英国防爆检验机构FM 美国工厂联合会UL 美国保险商实验室NEC 美国国家电气规范NEMA 美国电气制造商协会CSA 加拿大防爆检验机构PTB 德国防爆检验机构 外壳保护等级 IP 0无防护 1固体异物直径大于50mm 5防尘 6尘密 0无防护 1垂直滴水 2倾斜15度滴水 3淋水 4溅水 5喷水 6猛烈喷水 7短时间浸水 8连续浸水 2固体异物直径大于12 5mm 3固体异物直径大于2 5mm 4固体异物直径大于1 0mm 第一位特征数字防止固体异体异物进入 第二位特征数字防止进水造成有害影响 例如 IP65 Ingressprotection 即要求具有尘密及对喷水的外壳防护功能 NEMA外壳与IP代码对比 NEMA 美国全国电气制造厂商协会 NEMA外壳123 3R3S 44X 612 13 IP23IP30IP32IP64IP65IP66IP67 三 本质安全的起源及原理 本质安全的起源 煤矿电铃系统 大约1910年 断路火花 裸导线 电铃 电池 绞车操作人员 定义 是指一个由设备和连接导线组成的系统 其中系统中任何一部分的电火花或热效应都不会导致危险场所的爆炸 本质安全系统 本质安全系统 危险场所安全场所 认证的危险场所设备 认证的安全场所设备 简单本质安全系统 危险场所安全场所 认证的接口 未经认证的危险场所简单设备 未经认证的安全场所设备 本质安全接口 危险场所安全场所 认证的危险场所设备 认证的危险场所设备 认证的安全场所设备 认证的接口 未经认证的安全场所设备 简单设备 简单设备定义 危险场所设备可以是认证的贮能设备 例如 仪表 或未经认证的 简单设备 例如 根据制造商的技术条件 电气参数值均不超过1 2V 0 1A 20mJ或25mW的电气设备 它们无需认证或标志 本质安全的等级 本质安全是唯一考虑现场导线故障的保护概念 是指决定设备安全性的元器件的故障 Exia Exib 二个故障保持本质安全 一个故障保持本质安全 0区 1区和2区 1区和2区 本质安全设计的基本目标 1 限制电压2 限制电流3 限制贮存的电能 电压和电流特性 短路电流 点燃不发生 V o c I s c 简单的电阻性电源的输出特性 V o c I s c R Ignitionoccurs 点燃发生 开路电压 电压和电流限制网络 限流电阻 箝位齐纳二极管 最大输出电流 Vz R V Z 输出 输入 R 危险场所 安全场所 电流隔离 危险场所电路 认证的变压器 认证的元件 能量限制 安全场所接线端 危险场所接线端 电源 安全隔离 安全场所电路 故障条件下的电流隔离器 现场安装仪表 隔离的内部元件 设备接地连线 仪表系统 L E N 四 MTL7700系列齐纳安全栅 MTL7700产品示例 主要特点 1 导轨安装 方便紧凑 2 接线端子可移动 拆装方便 4 需本安接地 5 可连接0区 IIC T4 T6经合适认证的设备 3 可选择电源总线供电 开关量输入 单通道 双通道 开关量 接近开关输入 单通道 双通道 电源总线供电 开关量输出 一般情况下可采用MTL7728 当负载功率较大时 IIC应用时采用MTL7728P IIB应用时采用MTL7729P 在没有稳压电源时采用MTL7707 模拟量输入1 用于2线制变送器 智能或非智能 当供电为26V时 20mA时采用MTL7787 可提供给现场的电压为12 9V 采用MTL7787P 可提供给现场的电压为14 6V 当无稳压电源时采用MTL7706 模拟量输入2 MTL7788R 内置1个250欧姆的电阻 因此可直接输出1 5V信号 模拟量输出 一般采用MTL7728 压降为6 66V 较大功率输出时 IIC应用时采用MTL7728P 压降为5 1V IIB应用时采用MTL7729P 压降为3 68V 热电偶或mV输入 推荐采用MTL7760ac 热电阻输入1 热电阻输入2 振动信号输入 外形尺寸 附件图 五 MTL4000系列隔离栅 MTL4000产品示例 主要特点 1 采用集成电路和表面封装技术 提高了安全栅的精度并降低功耗 2 采用底板安装 集成度高 可采用专用底板与部分DCS厂家配用 3 为便于使用 状态指示灯 组态开关和本安输出口均设在每个组件的顶部 4 使用环境温度 20 60 5 无需完善的接地 其相关回路的任何一点可以浮空或接地 6 产品种类齐全 可满足各种信号要求 7 不同种类的安全栅有不同颜色的标记 可以方便使用 8 电磁兼容性符合EMCEN650081 2 EN050682 2标准 主要特点 9 采用小巧积木化设计结构并带有插接式连接端子 安全区信号直接与底板连接 无需外部接线 采用总线电源供电 提供两个冗余电源接口 确保供电可靠 主要特点 10 由于底板安装在安全场所 而危险区电路直接连接到隔离接口组件上 因此系统底板无需认证 主要特点 11 底板可采用平面安装或导轨安装 平面安装 导轨安装 主要特点 12 安全栅和底板密集设计 减轻了重量 提高了安装密度 安全栅厚度仅16mm 底板有4 8 16 24个组件等多种选择 主要特点 13 安全栅可以通过HART信号 专用底板上集成HART接口 可用于扩展HART维护系统 主要特点 14 安全栅底板通过多芯插头及电缆直接与部分DCSI O卡件连接 省去DCS端子板及传统的由安全栅到端子板的点与点连接线 从而简化了工程量 减少了人为错误 降低了工程费用 主要特点 15 通用底板可与任何型号的DCS通过端子或多芯插头连接 主要特点 16 配Honeywell的一体化底板 详见资料 主要特点 17 配Yokogawa的一体化底板 详见资料 主要特点 18 配Emerson的通用底板 HART管理系统 19 HART管理系统 HART管理系统 20 HART信号采集系统图 MTL4014开关量输入 1 单通道2 输入信号 开关 接近开关3 输出信号 继电器干接点4 当开关量信号带电阻时可实现线路故障检测功能 5 安全区和危险区之间隔离电压为250VAC6 供电 20 35VDC7 功耗 1 1W MTL4015开关量输入 1 一进二出2 输入信号 开关 接近开关3 输出信号 继电器干接点通过顶部开关设置输出反相4 安全区和危险区之间隔离电压为250VAC5 供电 20 35VDC6 功耗 1 2W MTL4016开关量输入 1 双通道2 输入信号 开关 接近开关3 输出信号 继电器干接点通过顶部开关设置输出反相4 安全区和危险区之间隔离电压为250VAC5 供电 20 35VDC6 功耗 1 2W MTL4021开关量输出 1 单通道2 适用所有气体组别 可驱动电磁阀 报警器等低功率设备 3 输出信号 最小输出电10VDC 最大输出电流50mA 4 安全区和危险区之间隔离电压为250VAC5 供电 20 35VDC6 功耗 1 3W MTL4032脉冲量输入 1 单通道 完全浮空2 输入信号 0 50kHz 开关或接近开关 2或3线制电压或脉冲变送器3 输出信号 脉冲信号4 安全区和危险区之间隔离电压为250VAC5 供电 20 35VDC6 功耗 1 35W MTL4041B模拟量输入 1 单通道 支持HART通讯2 输入信号 4 20mA 2或3线制智能变送器3 输出信号 4 20mA带重叠数字信号 20mA时 输出电压最小15V4 转换精度 优于20uA5 安全区和危险区之间隔离电压为250VAC6 供电 20 35VDC7 功耗 1 2W MTL4044D模拟量输入 1 一进二出 支持HART通讯2 输入信号 4 20mA 2线制智能变送器3 输出信号 4 20mA带重叠数字信号 20mA时 输出电压最小15V4 转换精度 优于20uA5 安全区和危险区之间隔离电压为250VAC6 供电 20 35VDC7 功耗 1 2W MTL4046C模拟量输出 1 单通道 支持HART通讯2 输入信号 4 20mA3 输出信号 4 20mA 最大负载电阻800欧姆4 转换精度 优于20uA5 安全区和危险区之间隔离电压为250VAC6 供电 20 35VDC7 功耗 1 2W MTL4073热电偶 热电阻输入 1 单通道2 输入信号 THC RTD 具体由软件设定3 输出信号 4 20mA 最大负载电阻600欧姆4 转换精度 优于输入值的0 005 5 安全区和危险区之间隔离电压为250VAC6 供电 20 35VDC7 功耗 1 2W 外形尺寸 六 MTL5000系列隔离栅 MTL5000产品示例 主要特点 1 导轨安装 方便紧凑 2 输入 输出 电源回路三者完全隔离 4 安全区和危险区接线采用插入式接线块 接线方便 5 厚度只有16mm 可以密集安装 节省更多的空间 6 无本安接地要求 允许危险区电路浮空或任一点接地 7 可连接0区 IIC T4 T6经合适认证的设备 3 采用集成电路和表面封装技术 提高了安全栅的精度 其功耗比同类型其它产品低 主要特点 8 所有安全栅均带有电源指示灯 9 能适应较宽的温度范围 20 60度 湿度范围 0 95 10 电磁兼容性符合EMCEN650081 2 EN050682 2标准 MTL5011B开关量输入 2 输入信号 开关 接近开关 3 输出信号 继电器干触点 4 功耗 24V时 0 75W 触点容量 250V 2A 交流 触点容量 40V 2A 直流 5 可选故障检测功能 1 单通道 MTL5018开关量输入 2 输入信号 开关 接近开关 3 输出信号 继电器输出 4 功耗 24V时 1 4W 触点容量 250V 交流 触点容量 40V 2A 直流 1 双通路 MTL5014开关量输入 2 输入信号 开关 接近开关 3 输出信号 继电器输出 4 功耗 24V时 1 1W 触点容量 250V 2A 交流 触点容量 40V 2A 直流 5 可选故障检测功能 1 一入二出 MTL5021开关量输出 3 最小输出电压 12 85V 最大输出电流45mA 4 可驱动低功率电磁阀或报警器等 5 功耗 24V时 1 4W 2 回路供电 适用于所有气体 1 输入电压 20 35VDC MTL5021开关量输出特性 MTL5022开关量输出 3 最小输出电压 11 9V 最大输出电流60mA 4 可驱动高功率电磁阀或报警器等 5 功耗 24V时 1 5W 2 回路供电 适用于IIB气体 1 输入电压 20 35VDC MTL5022开关量输出特性 MTL5031振动位移信号输入 2 输出信号 电压信号 3 安全区输出阻抗 20欧姆 5 功耗 24V时 1 0W 1 输入信号 3线制振动传感器 4 转换精度 100毫伏 MTL5032脉冲量输入 2 输出信号 脉冲信号频率范围 0 50KHz 3 功耗 24V时 1 35W 1 输入信号 脉冲信号 MTL5041模拟量输入 2 输出信号 4 20mA 3 安全区负载 0 1000欧姆 6 功耗 24V时 2 0W 1 输入信号 4 20mA2线制变送器 4 转换精度 优于20uA 5 20mA时 输